樣品自動傳送裝置的分析與調試

楊乾剛　蔡鵬

摘 要

樣品自動傳送裝置在整個分析工藝過程中，承擔著將物料由始端運送到不同的手套箱工位及各手套箱之間物料轉運的任務，在整個工藝中發揮著傳輸紐帶的作用。由工藝要求可知，轉運小車能否實現準確定位，將決定著該裝置功能的實現和工作效率的高低。本文通過對樣品自動傳送裝置各個模塊的結構、工作原理及工藝操作流程的分析，確定了可能產生定位偏差的影響因素：轉運小車不同階段的運行速度、磁力拖動結構、激光測距儀的測量偏差、接近開關的安裝位置等。通過開展空載實驗和載荷實驗，確定了轉運小車的緩沖速度、正常運行速度及接近開關的安裝位置。

關鍵詞

轉運小車;偏差;接近開關;速度

中圖分類號： U455.39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.059

0 引言

隨著我國工業自動化的不斷發展，運料小車成為了工業運料的主要設備之一。樣品自動傳送裝置是我公司產品分析工藝線中用于物料自動傳送的一套裝置，在整個分析工藝過程中，承擔著將物料由始端通過轉運裝置運送到不同的手套箱工位及各手套箱之間物料轉運的任務。在某工藝中，由于轉運通道與手套箱的接口處銜接口較為緊密，故要求轉運小車必須能夠準確的停靠在指定的地點。

1 系統組成與原理分析

樣品轉運通道呈U型結構，包含轉運通道A、轉運通道B、轉運通道C三條轉運通道和電控、驅動系統等。每條轉運通道均較長，且有多個站點，每條轉運通道內均配備有轉運小車，系統由上位機及可編程控制器PLC、操作箱、驅動系統、磁力拖動結構、接近開關等組成，其中：

1.1 磁力拖動結構

轉運小車是自動傳送裝置具體任務的執行機構，由于工藝的特殊性，轉運由在箱體內運行的上車、箱體底部運行的中車和下車組成，上車和中車上各有一組磁性相對的永磁磁鐵，電機帶動下車和中車運行，同時通過磁力耦合作用帶動上車運行，由此實現箱體內部的物料的轉移。經分析該模塊硬件結構可以看出，由于上車是下車通過磁力耦合作用拖動的，所在轉運小車在停車和啟動的過程中上車和下車會發生不同程度的位置交錯晃動，這將導致在小車后期運行過程中無法避免會存在一定的位置測量偏差。

1.2 接近開關

為了更加準確、穩定的實現小車停車定位功能，防止出現因慣性力導致產生偏差的現象，樣品自動傳送裝置采用了在與手套箱連接的每個站點處均增加兩個接近開關的方法。設置2個接近開關和一個到位開關（通道兩端站點處設置2個接近開關），接近開關分別布置于站點的兩側，處于中間位置的為到位開關，兩側的為接近開關。接近開關的具體位置根據程序設定的數值和調試的結果調試確定，位置可調。

2 系統分析及調試

2.1 系統運行情況分析

當通道某一站點發出呼叫信號時，轉運小車以設定的運行速度前往該站點。當小車即將到站時，在站點之前將檢測到接近信號并提前減速，為小車提供一段減速緩沖區間。由于接近開關安裝的位置影響到轉運小車能否完成充分減速，故需通過實驗不斷調整，確定出適合的安裝位置。在檢測到到位信號時轉運小車需立即停止運動，為了盡可能減小運動慣性力對定位精度的影響，轉運小車減小后的速度必須是在可控范圍內，而該緩沖速度（即檢測到接近開關減小后的速度）需通過多次載荷實驗來確定。當檢測到到站開關信號時，轉運小車停止運動;完成該站點的工藝作業后，小車以較低的速度起步，這樣可以防止小車在恢復不到位時發生嚴重碰撞情況的出現。當檢測到右側接近開關后，開始加速，快速運動到下一個作業站點。這樣不但可以節約運行時間，而且可以保證小車在以低速運行接近呼叫站點時定位的準確性。

2.2 可能產生偏差的原因分析

通過對樣品自動傳送裝置的系統組成、各模塊的功能結構及系統運行情況的分析可以得知，在轉運小車運行的過程中，以下因素將會對小車的定位精度產生影響：

1）轉運小車的運行速度。轉運小車在軌道上以較高的速度運動，當檢測到到位信號后需立即停車，由動力學定律可知，此時轉運小車將產生較大的慣性力，使得小車無法在第一時間停車，仍會向前滑行一段距離，從而產生偏差。

2）磁力拖動結構。電機帶動下車和中車運行，同時通過磁力耦合作用帶動上車運行，由此實現箱體內部物料的轉移，無法像硬連接結構那樣實現上車與下車的同時啟停，故當小車在檢測到到位信號后停車的過程中，上車由于慣性力的作用，將與下車發生一定幅度的錯位偏差。更嚴重者，若該慣性力較大時，上車與下車則有可能發生脫車現象。

3）接近開關。各個站點均設置了2個接近開關和一個到位開關，接近開關分別布置于站點的兩側，當檢測到接近開關信號后，轉運小車需減小運行速度。故站點兩側接近開關的安裝位置及減速后的運行速度將對定位產生影響。若接近開關安裝較近、減速后速度仍較高，則無法讓小車完成充分減速并減小慣性力的影響;若接近開關安裝較遠、減速后速度若較小，又會影響轉運裝置的工作效率。

2.3 系統調試

針對可能產生偏差的原因，對樣品自動傳送裝置的不同站點反復進行空載試驗及載荷試驗。

第一步：測定緩沖速度。在不考慮接近開關及減速階段，通過調整控制程序中相應模塊的參數，調整伺服驅動電機的轉速，從而改變轉運小車的運行速度，讓轉運小車以不同的速度運行并在目標站點穩定停車，然后讀取激光測距儀的測量數據，并與站點實際距離作對比，計算出小車定位偏差。確定出定位精度在允許范圍內，轉運小車接近目標站點的最佳運行速度，即緩沖速度。

第二步：測定轉運小車運行速度及接近開關安裝位置。當測定出緩沖速度后，讓轉運小車以不同的速度從起始點開始運行，當檢測到接近開關后，通過調用相關程序，減速到緩沖速度后繼續運行;當檢測到到位開關信號后停車。讀取激光測距儀測量數據，與實際位置數據對比，計算出定位偏差。可通過改變接近開關的安裝位置，調整測量偏差，使之滿足工藝要求。對每個不同的運行速度及接近開關安裝位置分別開展多次載荷實驗，確定出接近開關的安裝位置及最佳運行速度。

3 調試總結

通過上述調試方法，可確定出較為合理有效的轉運小車的運行速度、接近開關安裝位置及緩沖速度，通過對相關調試數據的分析，可得出相應的運行方案，使得小車定位精度滿足工藝要求的同時，大大提高轉運通道的運行效率。

參考文獻

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